Многие организмы в течение жизни периодиче­ски испытывают влияние факторов, сильно удаляющихся от оптимума. Им приходится переносить и сильную жару, и сильные морозы, и летние засухи, и пересыхание водоемов, и нехватку пищи.

Как приспосабливаются они к таким экстремальным ситуациям, когда нормаль­ная жизнь сильно затруднена?

При ухудшении условий среды многие виды способны приостанав­ливать свою жизнедеятельность и переходить в состояние скрытой жиз­ни. Это явление было обнаружено в начале XVIII столетия Антони ван Левенгуком, который впервые наблюдал в сделанный им микроскоп мир мелких организмов. Он заметил и описал, что некоторые из них могут полностью высыхать на воздухе, а затем «оживать» в воде. В высушен­ном состоянии они кажутся полностью безжизненными. Позднее такое состояние мнимой смерти было названо анабиозом («ана» — нет, «биос» — жизнь).

Глубокий анабиоз — это практически полная остановка обмена веществ. В отличие от смерти организмы могут при этом возвращаться к активной жизни. Переход в состояние анабиоза чрезвычайно расши­ряет возможности выживания организмов в самых суровых условиях. В опытах высушенные семена и споры растений, некоторые мелкие животные — коловратки (рис. 9), нематоды выдерживают длительное время температуры жидкого воздуха (-190 °С) или жидкого водорода (-259,14).

Коловратка 

Коловратка в состоянии анабиоза

Состояние анабиоза возможно лишь при полном обезвоживании ор­ганизмов. При этом важно, чтобы потеря воды клетками тела не сопро­вождалась нарушением внутриклеточных структур. Большинство видов к этому не способно. Например, в клетках высших растений имеется обычно большая центральная вакуоль с запасом влаги. При высыхании она исчезает, клетка меняет форму, сжимается, и ее внутреннее строе­ние нарушается. Поэтому глубокий анабиоз в природе встречается ред­ко. Однако замедление обмена веществ и понижение жизнедеятельности в неблагоприятных условиях — явление широко распространенное. Клетки тела при этом частично обезвоживаются, происходит также и другая перестройка их состава. Состояние организмов, близкое к ана­биозу, называют криптобиозом или скрытой жизнью («криптос» — скрытый). В состоянии пониженного обмена веществ организмы резко повышают свою устойчивость и очень экономно тратят энергию.

К явлениям скрытой жизни относятся оцепенение насекомых, зим­ний покой растений, спячка позвоночных животных, сохранение семян и спор в почве, а мелких обитателей — в пересыхающих водоемах (рис. 10). В неактивном состоянии часто находятся в природе многие виды бакте­рий, пока не возникнут благоприятные условия для их размножения.

Скрытая жизнь — очень важное экологическое приспособление. Это возможность переживать неблагоприятные изменения сре­ды обитания. При восстановлении необходимых условий орга­низмы вновь переходят к активной жизни.

Суслик и соня - полчок в состоянии зимней спячки

Переходя в состояние оцепенения или покоя, растения и животные как бы подчиняются воздействиям среды, экономя при этом за­траты на свое существование.

Другой, прямо противоположный путь выживания организмов связан с поддержа­нием постоянства внутренней среды, не­смотря на колебания воздействий внешних факторов. Обитая в условиях изменчивой тем­пературы, теплокровные животные — птицы и млекопитающие — поддерживают внутри се­бя постоянную температуру, оптимальную для биохимических   процессов   в   клетках   тела и вакуолях клеток наземных растений содержатся запасы влаги, что позволяет им жить на суше. Многие растения способны переносить сильные засухи и расти даже в жарких пустынях.

Такое сопротивление влиянию внешней среды требует больших за энергии и специальных приспособлений во внешнем и внутреннем строении организмов.

Каждый из двух описанных путей выживания имеет свои преиму­щества и недостатки. При возможности тормозить обмен веществ и пере­ходить к скрытой жизни организмы экономят энергию и повышают ус­тойчивость, но не способны к активности при ухудшении условий. При регуляции температуры и запасов влаги в теле представители различ­ных видов могут поддерживать нормальную жизнедеятельность в очень широком диапазоне внешних условий, но тратят при этом много энергии, которую им необходимо постоянно восполнять. Кроме того, такие организмы очень неустойчивы к отклонениям режима их внутрен­ней среды. Например, у человека повышение температуры тела всего на 1. °С свидетельствует о нездоровье.

Кроме подчинения и сопротивления воздействию внешней среды, возможен и третий способ выживания — избегание неблагоприятных условий и активный поиск других, более благоприятных местообитаний. Этот путь приспособлений доступен только подвижным животным, ко­торые могут перемещаться в пространстве (рис. 12).

Миграции антилоп Гну

Все три пути выживания могут сочетаться у представителей одно­го и того же вида. Например, растения не могут поддерживать постоянную температуру тела, но многие из них способны регулировать водный обмен. Холоднокровные животные подчиняются неблагоприятным факторам, но могут и избегать их воздействия. В целом же мы видим, что при огромном разнообразии живой природы в ней можно выделить лишь несколько основных путей приспособительного развития видов.

Увеличение устойчивости организмов в состоянии скрытой жизни находит широкое применение в хозяйственной практике. В специаль­ных хранилищах создаются особые режимы для длительного хранения семян растений, культур микроорганизмов, спермы ценных сельскохо­зяйственных животных. В медицинской практике разработаны особые условия для сохранения донорской крови, пересаживаемых органов и тканей. Есть проекты по сохранению половых клеток исчезающих ви­дов животных и растений, с тем, чтобы в дальнейшем иметь возможность восстановить их в природе.

Примеры и дополнительная информация

Длительность жизни покоящихся семян растений зависит от усло­вий хранения. Повышение влажности и температуры увеличивает траты резервов семени на дыхание, и они в конце концов истоща­ются. Желуди дуба хранятся не более трех лет. Сухие семена могут долго лежать, не теряя всхожести: семена мака — до 10 лет, зер­новки ржи, ячменя и пшеницы — до 32, плоды одуванчика — до 68, лотоса — до 250 лет. Известен случай, когда проросли семена лотоса, найденные в торфе болота, высохшего 2000 лет тому назад. Плоды этого растения покрыты толстой газо- и водонепроницае­мой оболочкой.

В Центральной Антарктиде русские исследователи провели микро­биологический анализ образцов льда из глубины ледника. Возраст слоев льда, в которых обнаружены жизнеспособные микроорганиз­мы, достигает 10—13 тыс. лет. Найдены в основном бактерии, а также споры грибов и дрожжей. Позднее жизнеспособные бактерии были обнаружены в образцах горных пород под антарктиче­ским ледником. Их возраст составлял от 10 тыс. до 10 млн лет.

Теплокровные животные могут жить в очень холодных районах, выдерживая морозы до -50 °С. В таких случаях разница темпера­тур самого животного и окружающей среды может составить 80— 90 С. У пингвинов постоянная температура тела равна +37—38 С, у северных оленей +38—39 °С. Для поддержания теплового балан­са животные тратят жировые энергетические запасы. Очень важна также роль теплоизолирующих покровов (пуха, пера, меха). К зиме эти покровы становятся гуще и пушистее, обеспечивая во­круг тела воздушную прослойку, сохраняющую тепло.

Растения, которые могут жить в очень сухом и жарком климате, способны удерживать воду в теле и регулировать ее испарение. Как­тусы, произрастающие в пустынях, обладают очень прочными не­проницаемыми покровами с немногочисленными устьицами. Ли­стья их превращены в колючки, этим уменьшена общая поверх­ность, способствующая испарению. Фотосинтез происходит в зеленом стебле. Жарким днем плотно закрыты устьица, и растения довольствуются при фотосинтезе тем углекислым газом, который проникает в их тело за ночь или выделяется в клетках в процессе дыхания. Скудная почвенная влага, поглощаемая корнями, надол­го сохраняется в этих растениях, обеспечивая их жизнедеятель­ность.

В сухих среднеазиатских пустынях обитает несколько видов мок­риц. Это мелкие наземные ракообразные, нуждающиеся, как и их ближайшие водные родственники, в высокой влажности окружаю­щей среды. Живя в пустынях, они способны избегать жару и су­хость. Мокрицы роют в глинистой почве вертикальные норки, в глубине которых температура резко снижена, а воздух насыщен водяными парами. Кормятся они на поверхности почвы раститель­ными остатками, выходя из норок только в то время суток, когда увлажняется приземный слой воздуха. Самка в жаркие часы заты­кает отверстие своими передними сегментами, несущими непрони­цаемые покровы, чтобы сохранить влажность и уберечь от высыха­ния свое потомство.

У суслика в состоянии активности частота сокращений сердца около 300 ударов в минуту, а во время спячки — всего 3. Темпера­тура тела понижается до +5 °С. Несмотря на низкую интенсивность обмена веществ, животные во время спячки сильно теряют в весе и могут погибнуть от истощения, если не накопят к зиме достаточ­но жира.□       

Вопросы.   1. Приведите примеры: 1) избегания организмами неблагоприят­ных условий и 2) перехода в состояние скрытой жизни. 2. У верблюдов после летней стрижки расход воды на испарение увеличился на 50%. Почему это произошло? В какое время года вы рекомендуете стричь животных? 3. Почему медицинские инструменты стерилизуют не путем промораживания, а кипячением или нагреванием в автоклавах при высоком давлении? 4. Маки и тюльпаны — влаголюбивые растения. Почему они могут расти в жарких пустынях? 5. Колиб­ри, крохотные птицы Западного полушария, отыскивают пищу с помощью зре­ния. Они питаются нектаром цветов и мелкими насекомыми. За день они съеда­ют корма вдвое больше, чем весят сами. Колибри очень активны, частота взма­хов крыльев у разных видов от 20 до 100 в секунду, частота сокращения сердца — до 1000 ударов в минуту. С наступлением сумерек колибри садятся на ветки и впадают в оцепенение. Температура их тела падает до +17—18 "С. Объясните, в чем выгоды такого приспособления.